自主基础机器人的路径规划

2015-12-02蔡丽左小琼

时代汽车 2015年11期

蔡丽左小琼

武汉东湖学院湖北省武汉市 430212

1 引言

随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，而且机器人传感器种类也越来越多，其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。此外，电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，这种技术促使机器人技术也有了突飞猛进的发展，目前人们已经完全可以设计并制造出具有某些特殊功能的简易智能机器人，而轮式智能基础机器人是目前移动机器人最常用的的一种形式，被广泛应用到现代制造企业中，其开发涉及及控制、传感器技术、电子电气、计算机、机械等多个学科。

在上述背景及现状的前提下，本文主要描提出一种具有红外避障功能的自主基础机器人，以AT89S51单片机为主控芯片的智能小车模型，配合直流电机驱动，红外传感电路来构成，实现小车的前进、转向、避障等动作，并在此基础上探讨路径规划。本系统采用模块化的设计思路，使得整个设计结构具有扩展性。

2 自主基础机器人系统

自主基础机器人系统，以红外传感检测为基础，通过单片机控制芯片，可实时检测路面障碍进行相应的动作调整，系统具体硬件组成及软件控制思想如下。

2.1 硬件系统

系统硬件组成如图1所示，利用单片机的中断对红外线发射管进行调制发射38KHz信号，发射距离远近可由可调电阻调节。发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调输出TTL电平，在遇障碍物时控制电机并使基础机器人转向。外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现。接收头采用HS0038A2型一体化接收探头，接收头的输出脚OUT与单片机INT0引脚相接，如图2所示。红外接收头在没有接收到红外信号时，INT0输出高电平，单片机不中断。在接收到信号时输出低电平，单片机中断。

驱动模块主要是直流电机驱动，采用L293D电机驱动芯片，通过内部H桥式驱动电路，可以同时对两个电机进行控制。电机控制只需要使能信号和转向控制信号即可，分别是使能信号ENABLE、转向控制信号IN1、转向控制信号IN2。驱动芯片的IN1~IN4引脚分别与单片机的I/O引脚相接，如图2所示。

2.2 软件系统

软件侧重避障和路径优化，采用外部中断的方式来实现，通过小车前部安装的两对红外探头，检测车体左边和右边的障碍物，当右边检测到障碍时引起外部中断1中断，控制小汽车向左转。当左边检测到障碍时引起外部中断0中断，控制小汽车向右转。此外，在此基础上进行路径最优化处理。这里假设活动范围为200m*200m，二维坐标起点（10，180），终点（150，90）利用蚁群算法，最终可以进行二维路径规划。

蚁群算法是一种基于种群的进化算法，具有一种新的模拟进化优化方法的有效性，与其他启发式算法相比，在求解性能上，具有很强的鲁棒性和搜索较好解的能力。通过初始化蚁群，根据目标评价每只蚂蚁的适应度，再根据适应度对蚂蚁经过的路径按比例释放信息素，然后蚂蚁根据前面留下的信息素选择路径，最后判断是否满足终止条件，结束蚁群算法返回。通过蚁群算法，选择最优路径达到右侧目的地，如图3所示红色线条即为最优路径。